EP1312823A1 - Synchronisiervorrichtung - Google Patents

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EP1312823A1 EP01126991A EP01126991A EP1312823A1 EP 1312823 A1 EP1312823 A1 EP 1312823A1 EP 01126991 A EP01126991 A EP 01126991A EP 01126991 A EP01126991 A EP 01126991A EP 1312823 A1 EP1312823 A1 EP 1312823A1
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ring
synchronizing
synchronizer ring
synchronizer
synchronizing device
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Juergen Meurer
Christian Mohr
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D23/00—Details of mechanically-actuated clutches not specific for one distinct type
    • F16D23/02—Arrangements for synchronisation, also for power-operated clutches
    • F16D23/04—Arrangements for synchronisation, also for power-operated clutches with an additional friction clutch
    • F16D23/06—Arrangements for synchronisation, also for power-operated clutches with an additional friction clutch and a blocking mechanism preventing the engagement of the main clutch prior to synchronisation
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    • F16D2023/0681—Double cone synchromesh clutches

Definitions

  • the invention relates to a synchronizing device in the preamble of Claim 1 explained Art.
  • a generic synchronization device is known from DE 199 28 597. Triple synchronization of this type is sensitive to heating Tolerances in the synchronizer rings. Heating occurs in the event of incorrect operation the synchronizing device, e.g. B. with prolonged pre-synchronization the driver without turning on the synchronizer. In one In this case, the synchronizer rings easily come into contact with the contact surfaces of the Gear, which makes the synchronizing effect of the synchronizing device strong is restricted. Accordingly, the tolerances of the synchronizer rings must be the same be carried out that slight heating does not cause the malfunction of the lack of synchronization. On the other hand, this tolerance choice leads to the fact that in the event of incorrect operation, the synchronizer ring assemblies heat up very strongly, which leads to Destruction of the synchronizer rings can result.
  • the object of the invention is therefore to reduce the risk of destruction Synchronization device due to incorrect operation, especially that Avoid long-lasting pre-synchronization of a gear without engagement.
  • the inner conical surface of the inner synchronizer ring By making the inner conical surface of the inner synchronizer ring larger Inclination angle has as its outer friction surface, forms that with the inner Conical surface interacting conical surface of the second circuit element cone-shaped auxiliary ramp that only partially functions as a friction surface.
  • the the essential function of this auxiliary ramp is to bring about a breakdown the blocking effect in the event of excessive heating.
  • the one that acts on all synchronizer rings Pressure during synchronization causes the friction surfaces with flat Tilt angle a much higher surface pressure than on the Auxiliary ramp area, resulting in very different heat input during the synchronization leads:
  • the outer synchronizer ring with the Lock teeth move in the direction of the second switching element without has been fully synchronized.
  • the interlocking of the first Switching element and / or the locking teeth of the outer synchronizer ring prematurely in contact with the switching teeth of the second switching element, resulting in a strong noise and thus the operator of the Synchronizer, usually the driver, but it can also unintentionally Be a passenger warns.
  • the conical auxiliary ramp produces a malfunction the switching device, namely said noise development by the premature contact of the gear teeth, but this is a worse failure, namely the destruction of the synchronizer rings prevented.
  • An advantageous embodiment of the invention provides that the between inner Conical surface of the inner synchronizer ring and the conical auxiliary ramp of the second circuit element formed contact surface as a sliding friction surface is trained, e.g. B. by the appropriate arrangement of lubrication grooves, Ramp areas, etc., these measures on the auxiliary ramp and / or on the inner cone surface can take place.
  • the inner synchronizer ring is in the Scope is divided. Due to the different heating of the synchronizer rings and / or when using different materials of the synchronizer rings and / or other switching components may be unintentional between the synchronizer rings Thermal stresses occur which lead to uneven frictional loads on the individual Can cause friction surfaces. Due to the split inner synchronizer ring can do not build up such thermal stresses in the ring circumference, so that only the Frictional forces resulting from the actuation contact pressure Synchronizing device act on the synchronizer rings.
  • the axial distances are from the inside and outer synchronizer ring for the second circuit element selected so that at Heating the synchronizer of the outer synchronizer ring rather with that second circuit element comes into contact as the inner synchronizer ring.
  • the synchronizing device according to the invention shown in Figure 1 consists of a first switching element, here designed as a switching sleeve 1, and a second Switching element, here designed as gear gear 2 to be switched.
  • the shift sleeve 1 is rotatably connected to a shaft 4 via a synchronizer body 3, while the Gear wheel 2 is rotatably arranged on the shaft 4.
  • the Synchronizer ring package consists of an inner synchronizer ring 5 and an outer one Synchronizer ring 6, both of which are non-rotatably connected to the synchronizer body 3. Between the inner synchronizer ring 5 and the outer synchronizer ring 6 is a middle synchronizer ring 7 arranged, which is rotatably connected to the gear 2 is.
  • the inner conical surface 8 of the inner synchronizer ring 5 has a larger one Inclination angle than the outer conical surface 9 of the inner synchronizer ring 5, it acts with a conical auxiliary ramp surface 10 of the gear wheel 2 together.
  • the resulting contact area is due to the stronger Inclination not so strong surface pressures during pre-synchronization subjected to the friction surfaces between the synchronizer rings 5, 6 and 7. Accordingly there is less energy input during pre-synchronization, which means that Auxiliary ramp 10 warmed only slightly, whereas the synchronizer ring pack through the remaining, highly stressed friction surfaces a much stronger one Experiences energy input and in the case of prolonged pre-synchronization the Accordingly, synchronizer rings 5, 6 and 7 heat up much more than that Auxiliary ramp 10 or the gear wheel 2.
  • the Synchronizer rings 5, 6 and 7 axially on the shaft 4 in the direction of the gear wheel 2, since they increase their diameter due to thermal expansion and accordingly slide up on the auxiliary ramp surface 10. From a certain axial displacement comes the locking teeth 11 of the outer synchronizer ring 6th and / or the gear teeth of the gearshift sleeve 12 with the gear teeth 13 of the Gear 2 in contact, which is when synchronization is not complete or different speeds of shift sleeve 1 and gear 2 for Operator creates unusual noise. This noise warns the operator and shows him his misuse.
  • the angle of inclination of the auxiliary ramp surface 10 is preferably between 8 ° and 15 °, while the friction surface surfaces of the synchronizer rings 5, 6 and 7 a Have an angle of inclination of about 7 °. This ensures that the Auxiliary ramp area 10 a significantly lower energy input compared to Friction surfaces of the synchronizer rings 5, 6 and 7 experiences, but on the other hand is still sufficient axial displacement of the synchronizer ring assembly when it is heated possible.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Synchronisiereinrichtung, insbesondere für ein Wechselgetriebe eines Kraftfahrzeuges, mit zumindest drei zusammenwirkenden, Konische Reibflächen aufweisenden Synchronringen (5,6,7) zum Herstellen eines Gleichlaufs zwischen zwei miteinander formschlüssig in Verbindung zu bringenden Schaltungselementen (1,2), wobei ein äußerer und ein innerer Synchronring (6) mit einem ersten Schaltelement im wesentlichen drehfest verbunden sind, und ein mittlerer Synchronring (7) mit einem zweiten Schaltelement im wesentlichen drehfest verbunden ist, und wobei der innere Synchronring (5) eine innere Konusfläche aufweist, die mit dem zweiten Schaltelement zusammenwirkt, und eine äußere Konusfläche, die mit der inneren Konusfläche des mittleren Synchronringes zusammenwirkt, und wobei die äußere Konusfläche des mittleren Synchronringes mit der inneren Konusfläche des äußere Synchronringes zusammenwirkt. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß die innere Konusfläche (8) des inneren Synchronringes (5) einen größeren Neigungswinkel als seine äußeren Konusfläche (9) aufweist. Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Fehlbedienung der Synchronisiervorrichtung, vor allem dem längerandauernden Vorsynchronisieren eines Ganges ohne Einrücken, die Haltbarkeit der Synchronisiervorrichtung zu verbessern, indem durch den größeren Neigungswinkel ein Kontakt der Schaltverzahnung bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur der Synchronringe hergestellt wird. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Synchronisiervorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 erläuterten Art.
Aus der DE 199 28 597 ist eine gattungsgemäße Synchronisiervorrichtung bekannt. Derartige Dreifachsynchronisierungen reagieren bei Erwärmung empfindlich auf Toleranzen in den Synchronringen. Eine Erwärmung tritt auf bei einer Fehlbedienung der Synchronisiervorrichtung, z. B. bei längerandauerndem Vorsynchronisieren durch den Fahrer, ohne die Synchronisiervorrichtung durchzuschalten. In einem solchen Fall kommen die Synchronringe leicht in Kontakt mit den Anlaufflächen des Zahnrades, wodurch die Synchronwirkung der Synchronisiervorrichtung stark eingeschränkt ist. Entsprechend müssen die Toleranzen der Synchronringe so ausgeführt sein, daß eine geringfügige Erwärmung nicht zur Fehlfunktion des mangelnden Synchronisierens führt. Diese Toleranzwahl führt andererseits dazu, daß die Synchronringpakete bei einer Fehlbedienung sehr stark erwärmen, was zur Zerstörung der Synchronringe führen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Gefahr der Zerstörung der Synchronisiervorrichtung durch eine Fehlbedienung, vor allem dem längerandauernden Vorsynchronisieren eines Ganges ohne Einrücken, zu vermeiden.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.
Indem die innere Konusfläche des inneren Synchronringes einen größeren Neigungswinkel aufweist als seine äußere Reibflächefläche, bildet die mit der inneren Konusfläche zusammenwirkende Konusfläche des zweiten Schaltungselementes eine konusförmige Hilfsrampe, die nur zum Teil die Funktion einer Reibfläche hat. Die wesentliche Funktion dieser Hilfsrampe ist die Herbeiführung des Zusammenbruchs der Sperrwirkung bei zu großer Erwärmung. Der auf alle Synchronringe wirkenden Andruck während des Synchronisierens bewirkt bei den Reibflächen mit flachem Neigungswinkel eine wesentlich höhere Flächenpressung als auf der Hilfsrampenfläche, was zu einer sehr unterschiedlichen Wärmeeintragung während der Synchronisierung führt:
Im Falle der Fehlbedienung erwärmt sich das ganze Synchronringpaket und dehnt sich - vor allem in Umfangsrichtung - stärker aus als die Hilfsrampe bzw. das zweite Schaltelement. Durch die größere Ausdehnung des Synchronringpaketes in Umfangsrichtung kommt es bei Erwärmung zu einer relativen axialen Verschiebung von Synchronringpaket und Hilfsrampe. Hätte die Hilfsrampenfläche den gleichen Neigungswinkel wie die anderen Reibflächen, käme es schon bei geringer Erwärmung, wie Sie im Normalbetrieb vorliegt, zu einem Zusammenbruch der Sperrwirkung der Synchronisiereinrichtung, da die Sperrverzahnung Kontakt mit der Schaltverzahnung bekommt. Durch die steilere Hilfsrampe wird dieser Zeitpunkt nach hinten hinausverschoben, so daß bei Normalbetrieb die volle Synchronisierfunktion aufrechterhalten bleibt.
Erst bei übermäßiger Erwärmung, hervorgerufen durch die Fehlbedienung des längerandauernden Vorsynchronisierens, kann der äußere Synchronring mit der Sperrverzahnung sich in Richtung des zweiten Schaltelementes bewegen, ohne daß vollständig synchronisiert wurde. Als Folge davon kommt die Verzahnung des ersten Schaltelementes und/oder die Sperrverzahnung des äußeren Synchronringes vorzeitig mit der Schaltverzahnung des zweiten Schaltelements in Kontakt, was zu einer starken Geräuschentwicklung führt und damit den Bediener der Synchroneinrichtung, in der Regel der Fahrer, es kann aber auch unbeabsichtigt der Beifahrer sein, warnt. Insofern erzeugt die konusförmige Hilfsrampe eine Fehlfunktion der Schaltvorrichtung, nämlich die besagte Geräuschentwicklung durch den vorzeitigen Kontakt der Schaltverzahnungen, was jedoch ein schlimmeres Versagen, nämlich die Zerstörung der Synchronringe, verhindert. Bei normaler Erwärmung jedoch, wie sie im Betrieb auftritt, bleibt die Synchronisierfunktion der Schaltvorrichtung vollständig erhalten, da bei gleichmäßiger Erwärmung von Synchronringen und Hilfsrampenfläche des zweiten Schaltungelementes kaum eine relative Verschiebung des Synchronringpaketes in Richtung des zweiten Schaltungselementes auftritt.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die zwischen innerer Konusfläche des inneren Synchronringes und der konusförmigen Hilfsrampe des zweiten Schaltungselementes gebildete Kontaktfläche als Gleitreibungsfläche ausgebildet ist, z. B. durch die geeignete Anordnung von Schmiernuten, Auflaufflächen usw., wobei diese Maßnahmen auf der Hilfsrampe und/oder auf der inneren Konusfläche erfolgen können.
Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung ist der innere Synchronring im Umfang geteilt ist. Durch die unterschiedliche Erwärmung der Synchronringe und/oder bei der Verwendung verschiedener Materialien der Synchronringe und/oder anderer Schaltbauteile können zwischen den Synchronringen nichtbeabsichtigte Wärmespannungen auftreten, die zu ungleichmäßiger Reibbelastung der einzelnen Reibflächen führen können. Durch den geteilten inneren Synchronring können sich keine derartigen Wärmespannungen im Ringumfang aufbauen, so daß nur die Reibkräfte resultierend aus dem Betätigungs-Anpreßdruck der Synchronisiervorrichtung auf die Synchronringe wirken.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung sind die axialen Abstände von innerem und äußerem Synchronring zum zweiten Schaltungselement so gewählt, daß bei Erwärmung der Synchronisiereinrichtung der äußere Synchronring eher mit dem zweiten Schaltungselement in Berührung kommt als der innere Synchronring.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigt:
Fig. 1
ein Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Synchronvorrichtung.
Die in Figur 1 dargestellte erfindungsgemäße Synchronvorrichtung besteht aus einem ersten Schaltelement, hier als Schaltmuffe 1 ausgebildet, und einem zweiten Schaltelement, hier als zu schaltendes Gangzahnrad 2 ausgebildet. Die Schaltmuffe 1 ist über einen Synchronkörper 3 drehfest mit einer Welle 4 verbunden, während das Gangzahnrad 2 drehbeweglich auf der Welle 4 angeordnet ist. Das Synchronringpaket besteht aus einem inneren Synchronring 5 und einem äußeren Synchronring 6, die beide drehfest mit dem Synchronkörper 3 verbunden sind. Zwischen dem inneren Synchronring 5 und dem äußeren Synchronring 6 ist ein mittlerer Synchronring 7 angeordnet, der drehfest mit dem Gangzahnrad 2 verbunden ist.
Die innere Konusfläche 8 des inneren Synchronringes 5 weist einen größeren Neigungswinkel auf als die äußere Konusfläche 9 des inneren Synchronringes 5, sie wirkt mit einer konusförmigen Hilfsrampenfläche 10 des Gangzahnrades 2 zusammen. Die sich dort ergebende Kontaktfläche ist aufgrund der stärkeren Neigung während des Vorsynchronisierens nicht so starken Flächenpressungen unterworfen wie die Reibflächen zwischen den Synchronringen 5, 6 und 7. Demnach ist dort der Energieeintrag beim Vorsynchronisieren geringer, wodurch sich die Hilfsrampe 10 nur unwesentlich erwärmt, wohingegen das Synchronringpaket durch die verbleibenden, hochbelasteten Reibflächen einen wesentlich stärkeren Energieeintrag erfährt und bei längerandauerndem Vorsynchronisieren die Synchronringe 5, 6 und 7 sich dementsprechend wesentlich stärker erwärmen als die Hilfsrampe 10 bzw. das Gangzahnrad 2.
Bei übermäßiger Erwärmung des Synchronringpaketes verschieben sich die Synchronringe 5, 6 und 7 axial auf der Welle 4 in Richtung auf das Gangzahnrad 2, da sie infolge der Wärmeausdehnung ihren Durchmesser vergrößern und entsprechend auf der Hilfsrampenfläche 10 hinaufgleiten. Ab einer bestimmten axialen Verschiebung kommt die Sperrverzahnung 11 des äußeren Synchronringes 6 und/oder die Schaltverzahnung der Schaltmuffe 12 mit der Schaltverzahnung 13 des Gangzahnrades 2 in Kontakt, was bei nicht vollständiger Synchronisierung bzw. bei unterschiedlichen Drehzahlen von Schaltmuffe 1 und Gangzahnrad 2 ein für den Bediener ungewohntes Geräusch hervorruft. Dieses Geräusch warnt den Bediener und zeigt ihm somit seine Fehlbedienung an.
Vorzugsweise beträgt der Neigungswinkel der Hilfsrampenfläche 10 zwischen 8° und 15°, während die Reibflächenflächen der Synchronringe 5, 6 und 7 einen Neigungswinkel von etwa 7° aufweisen. Damit ist gewährleistet, daß die Hilfsrampenfläche 10 einen wesentlich geringeren Energieeintrag gegenüber den Reibflächen der Synchronringe 5, 6 und 7 erfährt, andererseits ist jedoch noch genügend axiale Verschiebung des Synchronringpaketes bei Erwärmung desselben möglich.

Claims (6)

  1. Synchronisiereinrichtung, insbesondere für ein Wechselgetriebe eines Kraftfahrzeuges, mit zumindest drei zusammenwirkenden, konische Reibflächen aufweisenden Synchronringen (5, 6, 7) zum Herstellen eines Gleichlaufs zwischen zwei miteinander formschlüssig in Verbindung zu bringenden Schaltungselementen (1, 2), wobei ein äußerer Synchronring (6) und ein innerer Synchronring (5) mit einem ersten Schaltelement (1) im wesentlichen drehfest verbunden sind, und ein mittlerer Synchronring (7) mit einem zweiten Schaltelement (2) im wesentlichen drehfest verbunden ist, und wobei der innere Synchronring (5) eine innere Konusfläche (8) aufweist, die mit dem zweiten Schaltelement (2) zusammenwirkt, und eine äußere Reibfläche (9), die mit der inneren Reibfläche des mittleren Synchronringes (7) zusammenwirkt, und wobei die äußere Reibfläche des mittleren Synchronringes (7) mit der inneren Reibfläche des äußeren Synchronringes (6) zusammenwirkt,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die innere Konusfläche (8) des inneren Synchronringes (5) einen größeren Neigungswinkel aufweist als seine äußere Reibfläche (9).
  2. Synchronisiereinrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die zwischen innerer Konusfläche (8) des inneren Synchronringes (5) und einer konusförmigen Hilfsrampenfläche (10) des zweiten Schaltungselementes (2) gebildete Kontaktfläche als Gleitreibungsfläche ausgebildet ist.
  3. Synchronisiereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der mittlere Synchronring (7) aus einem Material mit überwiegendem Stahlanteil hergestellt ist.
  4. Synchronisiereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der mittlere Synchronring (7) im Umfang geteilt ist.
  5. Synchronisiereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die axialen Abstände von innerem Synchronring (5) und äußerem Synchronring (6) zum zweiten Schaltungselement (2) so gewählt sind, daß bei Erwärmung der Synchronisiereinrichtung der äußere Synchronring (6) eher mit dem zweiten Schaltungselement (6) in Berührung kommt als der innere Synchronring (5).
  6. Synchronisiereinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    der Neigungswinkel der Hilfsrampenfläche (10) zwischen 8° und 15° beträgt, während die Reibflächen der Synchronringe (5, 6 und 7) einen Neigungswinkel von kleiner 8° aufweisen
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